基于大口径安装手孔的气体绝缘金属封闭开关设备扩建新方法
广东电网有限责任公司珠海供电局的研究人员程槐号、陈滔，在2019年第11期《电气技术》杂志上撰文指出，采用双母接线的气体绝缘金属封闭开关设备扩建工程往往需要将涉及的双母同停，导致电网转供电压力增大，供电可靠性大大降低。
针对上述情况，本文提出了一种基于大口径安装手孔的气体绝缘金属封闭开关设备扩建新方法。该方法适用于没有预装出线间隔的气体绝缘金属封闭开关设备扩建工程，通过在扩建连接部位预留足够的空间布置波纹管及过渡套管，然后先完成新间隔的安装调试以及相关试验，再通过母线轮停的方式，实现新间隔的加装扩建。
该方法已成功应用于珠海某变电站气体绝缘金属封闭开关设备扩建工程中，结果证明提出的扩建新方法能够大大提高供电可靠性，缩短施工工期。
气体绝缘金属封闭开关设备（gas insulated switchgear, GIS）是一种将断路器、隔离开关（又称刀闸）、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等设备全部封闭在金属接地的外壳中，并在其内部充有一定压力SF6绝缘气体的高压组合电器，因其具有占地面积小、运行可靠性高、维护工作量少等诸多优点，被广泛应用于变电站中。
但由于电网规划、负荷增长、一次性投资大等诸多因素，采用GIS的变电站经常分两期或多期进行建设，投运后的GIS扩建是相对困难的，除了对接工艺复杂外，还涉及电网转供电压力增大、扩建母线停电时间较长等问题。
投运后的GIS扩建对接基本方式有两种：①运行母线上没有预留出线间隔的扩建，主母线需延伸扩建后，再与扩建间隔对接；②运行母线上预留了出线间隔的扩建，出线间隔和扩建间隔直接对接。对于运行母线上预留了出线间隔的扩建工程，不需要母线停电，可以很方便地进行出线扩建工作。
而对于母线没有预留出线间隔的情况，如果涉及到采用双母接线的GIS，在扩建过程中就往往需要双母同停一段时间来进行母线的精准对接，此时就会造成一条供电通道的减少，扩大停电范围，造成经济损失。因此，GIS扩建工程对接方式的改进研究对于提高电网供电可靠性具有重要的实际意义。
本文从改进过渡套管安装手孔的角度出发，提出了一种适用于双母均没有预装出线间隔情况的GIS间隔扩建新方法，并将该方法应用于珠海某变电站220kV GIS扩建工程中，实现了在不同停双母的前提下对GIS间隔进行扩建，验证了该方法的可行性与优越性。
1 GIS扩建新方法
1.1 问题分析
GIS的主要部件及连接方式如图1所示。其中：CB（circuit breaker）表示断路器、B（bus）表示母线、CT（current transformer）表示电流互感器、DS（disconnecting switch）表示刀闸、ES（earth switch）表示接地刀闸、FES（fast earth switch）表示快速接地刀闸、LA（lightening arrester）表示避雷器、VT（voltage transformer）表示电压互感器；C/H（cable- head）表示电缆终端。
图1 GIS结构示意图
对于没有预留出线间隔的双母接线GIS扩建工程来说，传统的对接套管安装手孔过小，施工人员的操作空间受限，只能满足安装吸附剂、局部清理及检查的功能，不能保证母线对接精度，施工人员无法通过该手孔进行母线导体的拼接作业，一般只能按照从原母线末端逐步加装波纹管、拼接导体结构的过渡套管以及新间隔的顺序进行扩建施工。
因此，原来的扩建方式，在对接刀闸新间隔时（对接位置如图1所示），由于刀闸间隔需要与Ⅰ、Ⅱ段母线同时对接，所以需要将与刀闸相连的两段母线同时停电，造成一条供电通道的减少。
如果将安装手孔直径扩大至能够进行母线导体拼接作业的程度，就可以先将新间隔组装好，做完相应试验后，再通过母线气室对接新间隔与原建母线（对接位置如图1所示）。这样在Ⅰ母停电对接时，由于能够通过刀闸气室实现对接口与Ⅱ母之间的安全隔离，因此Ⅱ母可以不停电。同理，在Ⅱ母停电对接时，Ⅰ母也可不停电。这种扩建方式不仅无需双母同停，而且能够大大缩短扩建工程工期，创造良好的经济效益。
1.2 大口径安装手孔设计标准
为此，本文设计了一种新型的大口径对接过渡母线套管安装手孔，其设计标准如下：
1）母线法兰面比母线筒外径稍大，便于工程对接以及筒内检查。鉴于此特点，本文将对接母线套管的安装手孔直径扩大至与母线套管法兰面的管径相同，增大了施工人员的操作空间及操作视野，通过此手孔可以轻松实现套管内导体小车转移、红外线对准、水平测高等多种施工手段的应用，提高了母线对接精度。
图2 大口径安装手孔实物图
2）大口径安装手孔的位置与母线拼接导体位置平行对齐，如图3所示。当打开手孔后可直接进行相关操作，进一步方便施工人员进行母线对接作业，提升了母线对接效率。
图3 安装手孔与拼接导体位置图
设计的新型对接过渡母线筒在广州西电高压电气制造有限公司（下文简称西高公司）的制造厂内进行了模拟对接并通过了相关的高压试验，开具了大口径GIS过渡套管安装手孔标准的应用证明，证实了此母线筒的各项性能满足现场施工要求。
2 现场应用
2.1 扩建工程概况
珠海某变电站需新建2回户外220kV GIS出线间隔及主母线。220kV GIS为西高公司供货产品，采用双母双分段的主接线方式，主母线额定电流为5000A，全三相分箱布置结构，一期设备于2015年11月投运。
本次工程扩建两个完整的出线间隔，扩建涉及到与前期主母线进行对接。由于过渡主母线较长，导体较重，且过渡母线筒安装手孔直径较小，只能满足安装吸附剂及局部清理、检查的功能，无法通过该手孔进行母线导体的拼接作业。
在原设计结构下，为了确保主母线对接的质量及工艺要求，原扩接方案在现场安装时要求双母线同停，从原母线末端逐步加装波纹管、拼接导体结构的过渡套管以及新间隔，母线停电时间较长，运行风险太大。而且对澳供电的两条线路分别布置在这两段母线上，两条母线同停会造成一条对澳供电通道的减少，降低对澳供电可靠性。此时，一旦其他对澳供电线路同时发生故障，将会造成严重的经济损失及政治影响。
2.2 扩建新方法工程应用情况
为了解决上述问题，该变电站GIS扩建工程应用了本文提出的基于大口径安装手孔的扩建新方法。扩建工程的施工步骤分为如下4个阶段。
1）220kV母线不停电，进行新间隔一次、二次设备安装就位工作。
根据施工图纸及厂家技术要求进行新扩220kV GIS间隔安装，设备轴线严格按照施工图纸要求，完成两个出线间隔本体完整形态安装并进行回路电阻测量、耐压试验和局放试验。安装完成后的示意图如图4所示。
图4 扩建第一阶段效果图
2）220kV ⅠM母线停电，进行ⅠM母线对接安装。对接完成后对ⅠM母线进行同频同相耐压试验，ⅠM母线投入送电。
将对接导体提前放入母线筒内，导体之间做好防护措施，防止吊装时晃动磕碰；压缩波纹管，进行220kV ⅠM母线对接操作，操作示意图如图5所示，具体步骤如下。
（1）通过侧面大口径安装手孔4将水平导体1插进触头座进行安装。
（2）分别通过侧面大口径安装手孔4、5将水平导体2插进触头座进行安装。
（3）通过侧面大口径安装手孔4将导体连接节3与水平导体1、2完成安装并紧固。
（4）完成220kV ⅠM母线对接作业并进行主回路电阻测量。
图5 扩建第二阶段效果图
由于该扩建工程利用了本文设计的新型对接过渡母线筒，将安装手孔直径扩大，使得本阶段的母线对接操作变得可行，Ⅱ M母线无需停电。大口径安装手孔在现场中的实际应用如图6所示。
3）220kV Ⅱ M母线停电，进行Ⅱ M母线对接安装。对接完成后对Ⅱ M母线进行同频同相耐压试验，Ⅱ M母线投入送电。Ⅱ M母线对接步骤与ⅠM母线相同，对接完成后的示意图如图7所示。
4）新扩220kV间隔施工后续工作包括新扩建GIS间隔保护联调，二次回路接入运行间隔，保护整组试验，继保、远动、运行专业验收，在线监测系统安装调试验收，中调验收收尾工作等。
该变电站220kV GIS扩建工程的施工完成图如图8所示。
1）本文提出了一种适用于双母均没有预留出线间隔情况的、基于大口径安装手孔的GIS扩建新方法，实现了在不同停双母的条件下，完成双母接线GIS的扩建工程。
图6 大口径GIS过渡套管安装手孔现场应用图
图7 扩建第三阶段效果图
图8 变电站扩建后示意图
2）本文将提出的GIS扩建新方法应用于珠海某变电站GIS扩建工程中。原施工方案需要220kV Ⅰ、Ⅱ段母线同停，减少一条对澳供电通道，既要克服转供电的困难，又要承担供电网络N1的风险。采用本文提出的新方法后，不仅大大节省了施工费用、降低了施工难度、减少了施工停电时间，而且保证了对澳供电通道的正常运行，提高了供电可靠性。
3）珠海电网不仅肩负有保障本地供电的任务，而且肩负着对澳供电的重要使命，因此，不断完善电网结构、提高扩建技术对确保澳门电力供应、电网安全运行、促进两地合作以及粤港澳大湾区地发展具有重要意义。